引言
节能减排已经成为当今世界工业生产生活中的共识，我国的能源利用现状不容乐观，单位 GDP 的能耗是美国的 6倍，是日本的 7 倍，甚至是印度的 2.8 倍；环境保护和二氧化碳排放面临巨大的压力；我国在用的起重机械有四百多万台套，基本没有采用节能系统或装置，其能源利用率不足30%。对比国外的技术现状，欧盟、特别是德国在通用起重机上都有节能系统，其能耗不到我国同类产品的 50%；日本在起重机能量回收、控制和管理技术方面处于****，如住友重机、三菱重工、安川电气等公司均各自开发了节能系统；住友轮胎式集装箱起重机的节能效率可达到 65%，专用燃料电池的寿命可达 6 年以上。
我国针对起重机械节能系统的研究以企业为主，在技术上没有取得根本的突破，没有针对起重机工作要求的能量储能装置，使用的通用产品寿命低，能量控制和管理系统技术相对落后，没有取得突破。本文总结时下国内起重机节能的几项技术，并作出展望。
一、燃油驱动改电力驱动节能技术
交通部水运科学研究院开发的电缆卷筒式供电技术是在RTG（轮胎式集装箱门式起重机）上安装缠绕有缆线的圆盘，当圆盘旋转与起重机行走保持一致时，就能实现实时供电，此方案因为 RTG 改造方便，应用良好。低空或者高空滑触线输电[1]即 RTG 在集装箱堆场作业时沿着接入市电的滑触线移动；两者区别在于切换堆场时低空滑触线方案需要切换柴油发电机组与市电，而高空滑触线方案不需要。三种油改电方案的均运用在轮胎式集装箱起重机中，但适用港口比较广泛，小型堆场宜采用电缆卷筒供电方案；而堆场比较大的港口宜采用低空或高架滑触线供电方案。
二、发动机技改方案
发动机技改技术[2]包括有发动机降速、变速及采用双发动机节能等，其中，降速发动机方案成功运用于采用美国电气标准（60Hz）驱动器的电控系统；变速发动机方案即在控制系统中添加反馈控制环节，实现发动机的无极调速，此方案在香港的部分集装箱码头使用，省油 30%左右；双发电机系统方案，如用在西门子电控系统中，为了节能省油，配置两台发动机，对应一台柴油机，当功率充足时，其中一台发动机工作，当不足时，另一台发动机启动。从码头实际的油耗数据可知，一般发动机方案与双发动机技改方案同样吊取一个集装箱，前者耗油2L，后者仅耗油1.1 L，省油达到46%，说明双发动机方案效益优良。
此外，通用公司开发的 Fuel Efficient RTG 电控调速系统通过改变柴油发电机的转速实现节能的目的，该技术主要体现在变速发动机、变流器和逆变器的技改，保持传统 RTG的控制模式的情况下，仅对直流母线进行处理[3]。
三、混合动力技术
混合动力技术即其起重机运作时采用多个动力源，将起重机工作时无意中消耗的热能、势能、动能等能量通过科学的途径转化成另一个动力源，再次反馈于系统。诸如龙门吊在集装箱下放时，无反馈到电网及逆变的装置，导致直流母排上的电能转化为热能流失了，此时，在直流母排电路中加装超级电容，因为超级电容快充快放、容量大的优点，在下放集装箱时，将损失的热能收集，起吊集装箱时再次释放，大大提高了能源利用率。
由于国内超级电容的生产质量不高，同样可以采用锂电池组替代超级电容，锂电池拥有放电电压稳定、储存寿命长、自放电率低等有点，但价格昂贵。此外，飞轮能量再生系统可用于龙门吊变频驱动器直流木排上，起存储和释放能量的作用，飞轮发动机组可为发动机组节省燃油约 15%~20%。
四、变频控制技术
起重机起升机构起吊和下放过程需要的能耗是不一样的，起吊时电动机输出功率较大，下放时输出功率较小，变频技术的引入让两者能够根据实际需要得到合理的功率输出，从而实现节能[4]。起重机采用变频调速下的鼠笼式电机后，对电源变压器的容量配置要求不高，比原先采用绕线转子电机时的耗电降
低了至少 1/5，启动电流也相应降低了近 2 倍。起重机起升速度越快，负载越大，则耗能越高，采用变频调速后在这种功率因素较高的情况下，节能达到 60%。采用变频调速技术的轮胎式集装箱门式起重机中，大车机构采用开环 V/F 控制，起升与小车机构采用 PG 闭环矢量控制，前者由抓机手根据大车偏斜，相应调节电机转速，补偿偏斜；后者可以实现全变频范围内的全转矩控制，能够避免遛钩，提高安全性。此外，采用恒功率调速的起升机构满足重载低速和空载高速的要求[5]；配有能耗制动组件的变频器能够消耗位置势能和制动势能。在同等工作效率下，采用变频器使得空钩作业提速 200%Ve，这使得额定速度和所需电机功率降低至少 1/3，进而原先高要求的减速器功率配置就随着电机功率的降低而降低了，同时整机的体积和质量就下降了，节能目的就达到了[6]。
五、起重机轻量化技术
起重机轻量化技术[7]是在考虑起重机个部件重量、控制和承载性能、制造和运行成本等因素下，运用轻量化材料并采用轻量化设计与制作技术来实现节能的目的。
起重机金属结构约占整机自重的 40%~70%，重型起重机可达 90%以上，所以，若起重机金属结构能使用诸如合金、高强度结构钢等重量轻、强度大的材料，则能从源头中达到节省能源的目的；在不考虑造价成本的情况下，使用高陶瓷滚动轴承替代传统轴承，既保证强度又能减少摩擦，从而减少热能的损耗；此外，传统钢制滑轮噪声大、寿命短，钢制柱销联轴器重量大、制造成本高，用尼龙滑轮和尼龙柱销联轴器可以减轻以上情况带来的能源消耗。
随着科学技术的飞速发展使现代设计理论应用于起重机结构设计成为可能，比如 CAE 分析技术可对起重机进行优化设计，常用的大型 CAE 软件主要有Ansys，abaqus，Adams，利用软件相对应的优化模块对设计模型进行优化，结构的优化设计有拓扑优化、形状优化��尺寸优化[8]。在 CAE中对起重机的主体结构尺寸进行参数化建模，从而可实现优化设计，是目前应用较广泛的优化方法，该方法可大大避免因设计者设计的设计经验不足造成对原材料的浪费，从而得到设计较合理的产品。基于起重机的可靠性及抗疲劳设计理论，提高起重机的优化结构使用寿命和可靠性。*后将起重机上功能基本相同的部分模块化，使得零件部件具有完全的互换性，达到缩短设计周期、降低生产成本和提高生产效率的目的。
六、其他节能技术
文献[9]提出在岸桥上安装 TSC 动态无功功率补偿和谐波治理装置可以为负载提供无功电源，补偿负载的无功电流，使电网中少量或者不传输无功电流而降低供电视在电流，如此提高了功率因素、提高了供配电系统的利用率，降低了供配电损耗，获得节能效益。
文献[10]介绍了在燃油中加入添加剂的方法，可以提高燃烧效率，继节能又环保。
此外还有诸如采用天然气或者生物柴油作为燃料的方式。现有柴油或者汽油不仅燃烧不充分，而且燃烧产物污染环境，而天然气作为世界公认的安全又环保的燃料，在有些国家已经广泛运用于汽车，在“油改气”思想的指导下，天然气必将应用到港口起重机械等大型工程机械中[11]。
七、起重机节能所体现的社会效益及科学意义
2013 年**季度，我国起重机等机械设备进出口贸易额同比下降 10.55%，其中进口下降 39.4%，出口仅增长1.63%，实属双降下滑。这一形势让起重设备行业的确轻松不起来，可以看出在起重机械大型化、自动化和多功能复杂化的发展趋势，起重机械节能技术能使起重机具备更强的竞争力，同时将促使国内起重机行业竞争更加激烈，无论是在设计、制造还是控制环节方面，带来的是起重机械科技含量的提升，这势必影响同类机械产品的技术水平，体现在制造产业链背后的是巨大的社会效益和科技效益。
八、总结
当今起重机械的发展趋势是系统控制的智能化及能源利用的高效化。目前国内关于起重机节能技术的研究多集中于轮胎式集装箱门式起重机，如油改电、发动机技改技术、混合动力技术等。近年来国家在节能技术的研究开发、示范和推广方面给予了大力支持与鼓励，按照国务院的相关规定，对高能耗设备的改造和技能技术的**进步进行严格的审查和严厉的监督。起重机节能技术的开发不应局限于设计与制造技术的研究，还应该在控制系统的基础下，发挥**，运用现代设计技术，建立健全机械系统节能体系。
